DE10047908A1

DE10047908A1 - Mass flowmeter for internal combustion engine has outward extension in flow channel, so that flow vortices act on sensor element dependent on pulsation degree

Info

Publication number: DE10047908A1
Application number: DE2000147908
Authority: DE
Inventors: Stefan Pesahl; Frank Steuber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2002-04-11

Abstract

The flowmeter has a channel (2) in which a sensor element (3) is arranged. In a region upstream of the sensor element, the flowmeter is designed so that the flow vortices produced by this region act on the sensor element, to an extent that is dependent on the pulsation degree of the flow. The channel may have an outward extension (7) in the region.

Description

Die Erfindung betrifft einen Massenstrommesser, der insbeson dere geeignet ist zum Erfassen eines Luftmassenstroms in ei nem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine.The invention relates to a mass flow meter, in particular which is suitable for detecting an air mass flow in egg an intake tract of an internal combustion engine.

Derartige Massenstrommesser haben in ihrem Gehäuse einen Ka nal ausgebildet, der entweder identisch ist mit einem Haupt kanal, in dem das gesamte strömende Medium strömt, oder ein Hilfskanal ist, in dem nur ein Teil des im Hauptkanal strö menden Mediums strömt. In dem Kanal ist mindestens ein Sen sorelement angeordnet, dass beispielsweise als sogenannter Heißfilmwiderstand ausgebildet ist, dessen Widerstand tempe raturabhängig ist.Such mass flow meters have a Ka in their housing nal trained, which is either identical to a main channel in which all the flowing medium flows, or a Auxiliary channel is in which only part of the flow in the main channel flowing medium flows. There is at least one sen in the canal arranged element element, for example as a so-called Hot film resistor is formed, the resistance tempe is dependent on the

Beim Einsatz derartiger Massenstrommesser in dem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine treten bei bestimmten Betriebszu ständen der Brennkraftmaschine Pulsationen der strömenden Luft auf. Die Pulsationen sind bedingt durch die Geometrie des Ansaugtraktes der Brennkraftmaschine und hängen auch ab von der Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine. Pulsatio nen sind periodische Schwankungen der Luftströmung, die bis zu einem Pulsationsgrad unter 100% nicht zu einer Umkehr der Strömungsrichtung führen, sondern lediglich zu periodischen Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeit und die bei einem Pulsationsgrad von über 100% zeitweise zu einer Strömungsum kehr der Strömung führen. Pulsationen sind besonders ausge prägt bei Brennkraftmaschinen mit bis zu vier Zylindern.When using such mass flow meters in the intake tract an internal combustion engine occur at certain operating conditions levels of the internal combustion engine pulsations of the flowing Air on. The pulsations are due to the geometry of the intake tract of the internal combustion engine and also depend on the number of cylinders of the internal combustion engine. Pulsatio NEN are periodic fluctuations in air flow that up to to a degree of pulsation below 100% not to a reversal of the Flow direction, but only periodic Fluctuations in the flow velocity and the one Degree of pulsation of over 100% at times to a flow around reverse the current. Pulsations are particularly pronounced characterizes internal combustion engines with up to four cylinders.

Massenstrommesser mit als Heißfilmwiderstand ausgebildeten Sensorelementen erfassen die Strömung ohne die Richtung der Strömung zu unterscheiden. Dadurch werden Rückflussanteile der Strömung bei Pulsationsgraden von über 100% additiv er fasst, was zu einem Messfehler führt. Darüber hinaus weist das Messsignal des Sensorelements einen negativen Messfehler auf, der durch die Schwankungen der Luftströmungen - also durch Pulsationen - verursacht wird. Dieser negative Messfehler wird verursacht aufgrund der Ansprechzeiten des Sensor elements und Nichtlinearitäten seiner Kennlinie. Der negative Messfehler ist besonders ausgeprägt, wenn als Substrat für das Sensorelement Glas verwendet wird. Er kann dann bis zu 20 % des korrekten Wertes des Messsignals betragen.Mass flow meter with trained as a hot film resistor Sensor elements detect the flow without the direction of the Distinguish flow. This will result in reflux portions the flow at degrees of pulsation of over 100% additive summarizes what leads to a measurement error. It also points the measurement signal of the sensor element has a negative measurement error due to the fluctuations in the air currents - so caused by pulsations. This negative measurement error is caused by the response times of the sensor elements and nonlinearities of its characteristic. The negative Measurement error is particularly pronounced when used as a substrate for the sensor element glass is used. He can then up to 20 % of the correct value of the measurement signal.

Aus der DE 196 20 435 A1 ist ein Massenstrommesser bekannt mit einem Kanal, in dem ein Sensorelement angeordnet ist, und mit einer Korrekturschaltung zur Korrektur des negativen Messfehlers bei Pulsationen.A mass flow meter is known from DE 196 20 435 A1 with a channel in which a sensor element is arranged, and with a correction circuit to correct the negative Measurement error in pulsations.

Die Aufgabe der Erfindung ist es einen weiteren Massenstrom messer so auszubilden, dass ein negativer Messfehler eines Messsignals bei Pulsationen des Massenstroms kompensiert wird.The object of the invention is a further mass flow the knife in such a way that a negative measurement error of a Measuring signal compensated for pulsations of the mass flow becomes.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Weiterbildun gen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The object is achieved according to the invention by the features of the independent claim. Advantageous further training gene of the invention are characterized in the dependent claims.

Die Erfindung nutzt die Erkenntnis aus, dass durch gezielt erzeugte Wirbel, die abhängig von dem Pulsationsgrad der Strömung mehr oder weniger auf das Sensorelement einwirken, der negative Messfehler stark reduziert wird. Dazu ist ein Bereich des Kanals des Massenstrommessers stromaufwärts des Sensorelements so ausgebildet, dass durch den Bereich erzeug te Strömungswirbel abhängig von dem Pulsationsgrad der Strö mung mehr oder weniger auf das Sensorelement einwirken. Die Wirbel bilden sich stromabwärts des Bereichs des Kanals aus. Sie werden während der Beschleunigungsphase der pulsierenden Strömung gebildet und wirken dann während der Verzögerungs phase auf das Sensorelement ein.The invention takes advantage of the knowledge that through targeted generated vortices that depend on the degree of pulsation of the Flow act more or less on the sensor element, the negative measurement error is greatly reduced. This is a Area of the channel of the mass flow meter upstream of the Sensor element designed so that generated by the area te flow eddies depending on the degree of pulsation of the flows act more or less on the sensor element. The Vortexes form downstream of the area of the canal. They become pulsating during the acceleration phase Flow formed and then act during the delay phase on the sensor element.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Exemplary embodiments of the invention are listed below Reference to the schematic drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 einen Massenstrommesser in einem Hauptkanal, Fig. 1 shows a mass flow meter in a main channel,

Fig. 2 einen Ausschnitt des Massenstrommessers gemäß Fig. 1 und Fig. 2 shows a detail of the mass flow meter according to Fig. 1 and

Fig. 3 einen Verlauf des Messfehlers abhängig von dem Pul sationsgrad. Fig. 3 shows a course of the measurement error depending on the degree of pulsation.

Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenüber greifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements of the same construction and function are over the figures marked with the same reference numerals.

Ein Massenstrommesser hat ein Gehäuse 1, in dem ein Hilfska nal 2 ausgebildet ist. In dem Hilfskanal 2 ist ein Sensorele ment 3 angeordnet. Der Massenstrommesser ist in einer Ausneh mung eines Hauptkanals 5 eines Ansaugtraktes einer Brenn kraftmaschine angeordnet. Ein Teil des Massenstroms, der in Hauptströmungsrichtung 8 durch den Hauptkanal strömt, strömt auch durch den Hilfskanal 2. Das Sensorelement 3 erzeugt ein Messsignal, das abhängt von dem Massenstrom, der durch den Hilfskanal 2 strömt. Der Hilfskanal 2 weist in einem Bereich stromaufwärts der Hauptströmungsrichtung 8 des Sensorelements 3 einen Bereich auf mit einer Ausbuchtung 7, die so ausgebil det ist, dass durch die Geometrie der Ausbuchtung erzeugte Strömungswirbel abhängig von dem Pulsationsgrad der Strömung mehr oder weniger auf das Sensorelement 2 einwirken.A mass flow meter has a housing 1 in which an auxiliary channel 2 is formed. In the auxiliary channel 2 , a sensor element 3 is arranged. The mass flow meter is arranged in a recess of a main channel 5 of an intake tract of an internal combustion engine. A part of the mass flow that flows through the main channel in the main flow direction 8 also flows through the auxiliary channel 2 . The sensor element 3 generates a measurement signal that depends on the mass flow that flows through the auxiliary channel 2 . In an area upstream of the main flow direction 8 of the sensor element 3, the auxiliary channel 2 has an area with a bulge 7 , which is designed such that flow vortices generated by the geometry of the bulge act more or less on the sensor element 2 depending on the degree of pulsation of the flow ,

In einem Betriebszustand, in dem keine Pulsationen der Strö mung auftreten, ist der Pulsationsgrad Null. Im Bereich der Ausbuchtung entstehen Wirbel, die jedoch nicht auf das Sen sorelement 3 einwirken. In einem Betriebszustand mit Pulsati onen, beispielsweise bei einem Pulsationsgrad von 100%, kommt das strömende Medium periodisch zu einem Stillstand. Die Strömung wird somit beschleunigt und dann wieder verzö gert bis sie zum Stillstand kommt und dies in periodischer Weise. Während der Beschleunigungsphasen bilden sich Wirbel stromabwärts in Hauptströmungsrichtung 8 der Ausbuchtung 7, die dann mit zunehmender Verzögerung der Strömung in Haupt strömungsrichtung 8 in dem Hilfskanal 2 immer stärker auf das Sensorelement 3 einwirken. Im Zeitpunkt des momentanen Stillstands der Strömung in Hauptströmungsrichtung 8 ist im Be reich des Sensorelementes 3 weiterhin eine Strömung vorhan den, die durch die Wirbel bedingt ist. Dadurch wird das als Heißfilmwiderstand ausgebildete Sensorelement 3 weiterhin von Massenstrom umströmt und gibt somit Wärme ab. Dadurch wird das Messsignal erhöht, was zu einer Kompensation des sonst auftretenden negativen Messfehlers führt. Die Geometrie der Ausbuchtung 7 und die Anordnung in Bezug zu dem Sensorelement 3 ist dabei durch Versuche so bestimmt, dass der negative Messfehler über einen vorgegebenen Betriebsbereich innerhalb vorgegebener Pulsationsgrade minimiert ist. Bei derartigen Versuchen wird vorzugsweise zusätzlich ein Referenz- Massenstrommmesser eingesetzt, dessen Messsignal nicht durch Pulsationen des Massenstroms beeinflusst wird.In an operating state in which there are no pulsations in the flow, the degree of pulsation is zero. In the region of the bulge, vortices are formed, which, however, do not act on the sensor element 3 . In an operating state with pulsations, for example at a degree of pulsation of 100%, the flowing medium comes to a standstill periodically. The flow is thus accelerated and then decelerated again until it comes to a standstill and this periodically. During the acceleration phases, vortices are formed downstream in the main flow direction 8 of the bulge 7 , which then increasingly act on the sensor element 3 with increasing deceleration of the flow in the main flow direction 8 in the auxiliary channel 2 . At the moment of the current standstill of the flow in the main flow direction 8 is in the area of the sensor element 3 continues a flow vorhan the, which is caused by the vortex. As a result, mass flow flows around sensor element 3 , which is designed as a hot-film resistor, and thus emits heat. As a result, the measurement signal is increased, which leads to a compensation of the otherwise occurring negative measurement error. The geometry of the bulge 7 and the arrangement in relation to the sensor element 3 is determined by tests in such a way that the negative measurement error is minimized over a predetermined operating range within predetermined pulsation levels. In such experiments, a reference mass flow meter is preferably additionally used, the measurement signal of which is not influenced by pulsations of the mass flow.

Die Ausbuchtung 7 hat vorzugsweise die in Fig. 2 dargestell te Form. Eine besonders gute Kompensation des negativen Mess fehlers des Messsignals ist gegeben, wenn eine zweite Aus buchtung 9 vorgesehen ist und dann der Hilfskanal 2 kreuzför mig ausgebildet ist.The bulge 7 preferably has the shape shown in FIG. 2. A particularly good compensation of the negative measurement error of the measurement signal is given if a second bulge 9 is provided and then the auxiliary channel 2 is formed in a cross-shaped manner.

Alternativ kann der Hilfskanal 2 auch der Hauptkanal 5 sein. In diesem Fall weist dann der Hauptkanal 5 mindestens eine entsprechende Ausbuchtung auf und zwar stromaufwärts des dann in dem Hauptkanal 5 angeordneten Sensorelements 3.Alternatively, the auxiliary channel 2 can also be the main channel 5 . In this case, the main channel 5 then has at least one corresponding bulge, namely upstream of the sensor element 3 then arranged in the main channel 5 .

In Fig. 3 sind die prozentualen Messfehler bezogen auf einen wahren Wert des Massenstrommessers gemäß der Erfindung und eines Massenstrommessers ohne Ausbuchtung 7 dargestellt. Es ist klar ersichtlich, dass bei dem Massenstrommmesser gemäß der Erfindung der negative Messfehler in dem Bereich, in dem der negative Messfehler eine starke Auswirkung auf die Güte des Messsignals hat - das ist von einem Pulsationsgrad etwa 80% bis 140% -, nahezu eliminiert ist.In Fig. 3, the percentage measurement error related to a true value of the mass flow meter of the invention and a mass flow meter without the bulge 7 is illustrated in accordance. It is clearly evident that in the mass flow meter according to the invention, the negative measurement error in the area in which the negative measurement error has a strong effect on the quality of the measurement signal - that is from a degree of pulsation of approximately 80% to 140% - is almost eliminated ,

Claims

1. Mass flow meter with a channel ( 2 ), in which a sensor element ( 3 ) is arranged and which is formed in an area upstream of the sensor element ( 3 ) so that the flow vortex generated by the area depends on the degree of pulsation of the flow more or less act on the sensor element ( 3 ).

2. Mass flow meter according to claim 1, characterized in that the channel has a bulge ( 7 ) in the area.

3. Mass flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the channel ( 2 ) has two bulges ( 7 , 9 ) symmetrical to the sensor element ( 3 ).

4. Mass flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the channel ( 2 ) is cruciform out.

5. Mass flow meter according to one of the preceding claims, characterized in that the channel ( 2 ) is an auxiliary channel to a main channel into which the mass flow meter can be inserted.